Magisches Ausrufezeichen am USB

Dieses kleine Projekt ist an einem Abend entstanden. Es handelt sich dabei um eine Ansteuerungsschaltung für die Anzeigeröhre DM70. Diese wird langsam auf und ab gedimmt. Die Stromversorgung kommt vom USB. Die gesamte Schaltung benötigt nur 50 mA.

Als Microcontroller kommt ein ATtiny45 zum Einsatz, welcher mit der Arduino-IDE programmiert wurde. Dafür muss man das Paket Attiny installieren (https://crycode.de/attiny-mikrocontroller-mit-arduino-ide-programmieren ↗). Außerdem benötigt man einen Programmieradapter.

Die Anodenspannung wird mithilfe der Spule L1 per Selbstinduktion erzeugt, dessen Stromfluss vom Transistor T1 immer wieder unterbrochen wird (Aufwärtswandler). Dabei kommt bei mir eine alte Relaisspule zum Einsatz. Der Transistor wird vom Microcontroller mit einer Frequenz von ca. 250 Hz angesteuert. Die Glimmlampe schützt den Transistor vor Überspannung. Es stellt sich eine Spannung von ca. 50 V ein, was für diese Röhre eigentlich zu wenig ist, aber bei mir funktioniert es trotzdem.

Um das Gitter anzusteuern wird eine negative Spannung benötigt. (Also eine Spannung die negativer als Masse ist.) Diese wird mit einem kleinen Trick erzeugt. Am Microcontroller steht am Pin 5 das Ansteuersignal PWM-moduliert an, das heißt als schnelles Rechtecksignal mit variablen Aus- und Einschaltzeiten (https://www.exp-tech.de/blog/arduino-tutorial-pulsweitenmodulation-pwm ↗). C3 und D3 bilden eine Elektronenpumpe, die durch diese schnelle Rechteckfrequenz die negative Spannung erzeuget. C2 und R2 bilden einen Tiefpass, welcher die hohe PWM-Frequenz herausfiltert, so dass nur noch das langsame sinusförmige Ansteuersignal übrigbleibt. Die Einbaurichtung der Elkos ist übrigens richtig, da die Spannung am Gitter negativer als Masse ist.

Das Ganze habe ich anschließend in die Kappe einer Sprühflasche gebaut.

Erweiterung: Anzeige der CPU-Last

Das Ausrufezeichen wurde dahingehend erweitert, dass es verschiedene Parameter anzeigen kann. Mit dem der .zip-Datei beiliegenden Python-3-Programm kann die CPU-Auslastung angezeigt werden. Zuvor müssen dafür die Pythonbibliotheken math, pyserial, psutil installiert werden, was über den Terminalbefehl python3 -m pip install pyserial psutil math geschehen kann.

Die Schaltung wurde dahingehend verändert, dass die Elektronenpumpe und der Hochpassfilter in der Gitteransteuerung entfernt wurde. Dafür wurde der Heizungswiederstand zwischen Masse und die Röhrenheizung geschaltet. Auf diese Weise können auch Gleichwerte angezeigt werden. Des weiteren wird die Anodenspannung über eine Regelschleife stabilisiert. Ein Spannungsteiler aus R3, R4 und R5 teilt diese auf einen Wert zwischen 0 und 5 Volt herunter, so das diese am Pin 7 des Mikrocontrollers eingelesen werden kann. Übersteigt die Anodenspannung einen Wert von 40 Volt, so wird die Induktionsspule L1 solange nicht angesteuert, bis die Spannung wieder unter diesen Wert gefallen ist.

Die anzuzeigenden Werte liegen zwischen 0_Dez und 255_Dez und kommen als serielles Signal (UART) an Pin 2 in den Mikrocontroller. Dafür wird ein FTDI-FT232RL-Breakout-Modul in das Gehäuse integriert. Die Baudrate beträgt 1200 Baud, damit die im Mikrocontroller über Software nachgebildete UART hinterherkommt. Damit überhaupt Werte angezeigt werden können, muss zuerst der Wert 46_Dez bzw. „.“ in ASCII gesendet werden. Zuvor wird der Sinus ausgegeben. Dies soll verhindern, dass das Ausrufezeichen versehentlich durch andere Programme angesteuert wird.